基于混合式教学模式的计算机...设计与制造课程改革实践探究_张宗仁.pdf

本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第6期(2023年2月)第19卷第6期(2023年2月)基于混合式教学模式的计算机辅助设计与制造课程改革实践探究张宗仁（吉林工业职业技术学院，吉林 吉林 132013）摘要：计算机辅助设计与制造课程是智能制造专业群的核心技术技能课程，高职院校“1+X”证书制度推进，要求对计算机辅助设计与制造课程进行深入的教学改革，结合现代互联网信息技术，在课程定位、课程培养目标、课程内容、实施方式、教学评价等方面做出改进并实施。实践证明，采用“一平三端”的线上线下混合式教学方式，突破了传统课程教学的局限，学生的学习时间和空间显著扩大，课程内容先进实用，更契合学生学情，显著激发学生兴趣，取得了积极的教学效果。关键词：混合式；教学；制造中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1009-3044(2023)06-0168-03开放科学（资源服务）标识码（OSID）：“中国制造2025”将是中国工业未来10年的发展纲领、顶层设计。纲领指出，加快新一代信息技术与制造业深度融合，以智能制造为主攻方向，努力实现中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌的三大转变。产业结构的转型升级需要高端的复合型人才，对职业教育的人才培养提出了更高要求1。“1+X”证书制度的提出，符合新时代职业教育的理念，自2019年开始，在职业院校内进行的证书制度试点，有效提升了职业院校教育教学水平，能够更好地培养创新型人才，有利于学生综合能力和综合素质的提升，从而满足社会对复合型技术人才的需求。计算机辅助设计与制造课程是智能制造专业群相关专业的核心技术技能课程，伴随我国制造产业结构转型和升级的需要，社会对人才的综合技能提出了更高要求，新技术、新科技的不断涌现并应用，要求学校的教学内容必须与时俱进，信息时代的学生对自己的目标更明确也更高远。本文结合当前高职院校的教学状况，结合当下学生生情及当下社会对人才的实际需求，采用先进的信息技术和混合式教学理念，探讨计算机辅助设计与制造课程的改革策略及方向。1 计算机辅助设计与制造课程定位1.1 信息技术在机械设计与制造行业中的广泛应用自计算机发明以来，现代计算机技术不断与机械设计与制造技术相互融合，相互促进。并在设计与制造行业发挥不可替代的作用。常见的应用包括：计算机辅助设计（CAD）技术、计算机辅助制造（CAM）技术、计算机控制（CNC）技术等。采用计算机辅助设计（CAD）技术可进行复杂零部件和大型装配体总体设计，电气机械等项目协同设计，显著提高了机械设计的质量和设计效率；计算机辅助制造（CAM）技术可编写复杂零部件加工程序，仿真设备加工过程，缩短生产制造周期；计算机控制（CNC）技术，可控制四、五轴联动先进加工中心，提高机械加工质量和效率。1.2 依托信息技术的机械设计与制造行业发展前景在智能化时代，新一代信息技术与人工智能技术融合并应用于制造业，从而引发了新的工业革命。人工智能、新一代信息通信技术与制造技术高度融合，构建数字孪生和赛博-物理系统CPS（Cyber-PhysicalSystem)，形成具有“智能化”特征、虚实结合的全新生产方式，从而形成虚实交互融合、数据信息共享、实时优化决策、精准控制执行的生产系统和生产过程。1.3 计算机辅助设计与制造课程重要性面对计算机与设计与制造行业深度融合的智能化时代，机械行业的各项工作都与计算机技术密切相关。毕业生将主要从事设计、设备操作、工艺与编程等工作。计算机辅助设计与制造课程直接对应相关岗位，为适应岗位需求，要求课程培养“会设计、懂工艺、能编程、精操作、善维护、可提升”的学生。整个教学过程与计算机紧密相连，传统课堂教学难以满足学生对先进设计与制造技术知识的学习。1.4 计算机辅助设计与制造课程的定位计算机辅助设计与制造课程是基于学校“岗、课、赛、证”融通，基于现代学情及社会需求开发的智能制造专业群必修核心技术技能课程。如图1所示，本课程需要“制图与测量技术”等前期课程为基础，可支撑“专业综合实训”等后续课程；服务于机械制造与自动化等多个相关专业；直接对应企业机械设计工程师等岗位；与高职技能大赛中多个赛项中的设计与制造的内容密切相关；可支持多个职业技能证书关于计算机设计与制造的相关内容。基金项目：吉林省高等学会课题（JGJX2021D739）；吉林工业职业技术学院科研课题（22ky23）作者简介：张宗仁（1985），男，四川南充人，硕士，工程师，主要研究方向为机械设计与制造等。E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.19,No.6,February2023168DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0282信息化与计算机教育本栏目责任编辑：王力Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第6期(2023年2月)第19卷第6期(2023年2月)图1 计算机辅助设计与制造课程定位2 基于混合式教学模式的计算机辅助设计与制造课程改革2.1 基于“一平三端”的线上线下混合式教学模式“一平三端”是以云平台系统核心层，连通教室端（智慧课堂）、移动端（学习通）和管理端（智慧教务）三个终端去实现智慧环境下教学新生态的构建。如图2所示，在学生层面，现在的学生出生在网络时代，成长在网络时代，学生已经习惯于通过电脑、手机等网络信息手段来学习。对于教师层面，老师不仅是知识的传播者，还是课程的设计者、开发者，是完成实训项目的总负责人。教师必须更加注重引导学生自主学习的意识，激发学生的自觉性、创造性。图2 线上线下混合式教学模式2.2 计算机辅助设计与制造教学内容改革结合现代制造业对复合性高技术人才的需求，以“知识够用、注重技能、内容先进、讲究实用”的原则设计教学内容，具体方案如下：参考国家职业工种“铣工”“多工序数控机床操作调整工”两个工种的职业标准，参考“1+X”车铣和多轴两个职业技能等级证书标准，结合学校定位和四个专业的专业教学标准和企业岗位人才素质要求，确定课程标准。针对目前学生学情：“感性认识强，理性认识不深；动手能力尚可，理论学习困难；学习经验不足，探索欲望强；对未来期望颇高，当下却动力不足；才艺个性多样化，团队协作经验不足；缺乏自信，失败次数多，成功经验少。”决定采用线上、线下、理实一体的混合教学模式2。课程在内容上由简单到复杂，由机床操作逐步到工艺编程，由基础技能到综合技能，由操作工水平到工程师水平，层层递进。项目载体来源丰富，包括职业技能证书考题及样题、职业技能大赛考题及样题、工厂实际典型零件、学生趣味零件等。在教学过程中融入课程思政元素，例如：精益求精的工匠精神、团队合作的集体精神、敢为人先及突破自我的创新精神等。课程线上资源建设与使用情况如表1所示。表1 课程线上资源建设与使用情况统计表任务点章节（个）视频（个）视频总时长（分钟）题库数（个）拓展资料服务班级/学生数课程浏览量3819112035855016/48440万2.3 线上线下混合式教学实施1）移动端。课前，学生在宿舍、图书馆等地，通过线上资源提前预习、自主学习，了解本节课做什么、怎么做，并学习相关的理论知识。2）教室端。课中，在实训室，教师对重点、难点问题进一步讲解，学生完成角色分配，任务分配，并按要求完成实训；课后，学生将实训资料整理并上传到超星线上平台，在平台上进行作品展示，教师对实训过程点评，学生相互点评。在课程实施过程中，采用项目化，任务驱动、分组教学、组内分工、组间协作、组间竞争的方式。例如：当接收到任务，所有同学一起学习零件建模，讨论零件加工工艺，最后选取两种可行的加工方案。将班级的所有学生分为两队，每队分为3组。一队各小组协同做1组方案，另一队各小组协同做另一组方案。每组做一道工序，包括该工序的工装编程与加工、零件的编程与加工。这样整个班级同学完全动员起来完成一个实训项目，整个实训过程如图3所示。通过这样的分配，不同的小组有不同的任务，每位同学根据自身特点选取不同的角色，既竞争又协作，协作大于竞争。图3 教学组织示意图又如，在多轴编程教学中，机床的坐标变换一直为教学难点，因为内容抽象，学生难以理解。如图4（1）所示，在传统教学过程中，坐标变换往往是抽象的坐标旋转图和公式，通过教学改革，如图4（2）所示，通过动画和仿真让学生直观地看到坐标系的变换过程，并引入通过宏程序计算五轴坐标平移与旋转的方法，将宏程序与公式对比，有助于学生对五轴坐标平移和旋转的认识。在线下教学过程当中，通过宏程序计算五轴机床的坐标与平移，并调用宏程序进行机床实际的操作，以上过程学生均可在课后进行反复观看学习。宏程序主要语句见表2所示。169本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第6期(2023年2月)第19卷第6期(2023年2月)（1）（2）图4 坐标原点跟随图解与仿真示意图表2 坐标平移、旋转及 AC 轴角度计算宏程序代码程序#43=#1030#44=#1031#45=#1032#30=#43#893#31=#44#894#32=#45#895#33=#23+#30#34=#24+#31#35=#25+#32#13=#33*COS(#38/1800*PI)#34*SIN(#38/1800*PI)#14=#33*SIN(#38/1800*PI)+#34*COS(#38/1800*PI)#15=#35#3=#13#4=#14*COS(#39/180*PI)#15*SIN(#39/180*PI)#5=#14*SIN(#39/180*PI)+#15*COS(#39/180*PI)#183=#3#30#184=#4#31#185=#5#32#186=#39#188=#38#189=#40M99说明保存当前坐标值计算当前坐标系相对旋转中心的坐标#893#895 旋转中心坐标。特性坐标系原点相对旋转中心的坐标C 轴旋转后，坐 标 XYZ 轴的补偿值A 轴 旋 转 后，XYZ 轴补偿值X 坐标平移值Y 坐标平移值Z 坐标平移值A 轴旋转角度C 轴旋转角度坐标系旋转值子程序结束3）管理端。依托超星平台等信息技术，可实现复杂的过程考核机制。总体可分为：项目考核和期末总评。项目考核中，学生上传实训作品后，采用组间互评20%、组内互评10%、教师评分40%、产品质量评分30%。期末总评中也根据不同的项目进行综合计算总成绩3-4。3 混合式教学成果与建设思路3.1 混合式教学成果经过三年的教学实践，与原传统课堂教学相比，三届课改学生上课积极性和主动性明显提升，课堂表现，以及对于专业的就业前景等更明确，更可贵的是学生主动要求课后和空余进行实训练习，因为对课程产生兴趣，成绩也对比之前有显著提高。竞赛成果方面，自2020年课程改革以来，共获得技能竞赛获国家三等奖两项、省一等奖五项、二等奖4项、三等奖7项。对于毕业学生，通过座谈了解到，学生认为课程资源丰富，强烈要求长期开放网络课程资源5。3.2 未来课程建设思路数字化资源需要进一步丰富，提升案例数量，改善教学资源质量。从线上数据分析，影响国家发展的重大科技类视频和企业中实际用到的技术类视频播放量最高，视频播放数目是学生学习参与度的重要指标，反映出优秀的数字化资源是学生学习的基础也是混合式教学的核心。多与企业进行沟通，讨论更进一步的校企合作模式，长期聘请企业专家授课，引入高水平教师。选取典型企业加工案例，丰富课程教学案例，授课内容要多结合生产实际进行，学生毕业后可以更快地融入工作中，也更具备就业竞争力。建立毕业生跟踪回访机制，为毕业生提供技术支持与帮助。4 结语1）现代信息技术已与机械设计与制造技术深度融合，并在设计与制造行业中发挥不可替代的作用，机械设计与制造整个产业链都需要现代